L'utilisation principale des produits en graphite
Les produits en graphite peuvent libérer des rayons infrarouges lointains après chauffage.
La brique réfractaire magnésio-carbonée, développée aux États-Unis au milieu de l'ère moderne, a été initialement utilisée par l'industrie sidérurgique japonaise pour le refroidissement à l'eau des fours à arc. Largement répandue dans la sidérurgie mondiale, elle est devenue une alternative traditionnelle au graphite. Au début des années 2000, son utilisation s'est étendue au revêtement des convertisseurs à injection d'oxygène.
Les briques réfractaires en aluminium-carbone sont principalement utilisées dans la coulée continue, la fabrication de billettes d'acier plates auto-positionnantes pour les couvercles de pipelines, les buses sous-marines et les cylindres de dynamitage pour puits de pétrole. Au Japon, la production d'acier par coulée continue représente plus de la moitié de la production totale.
Les creusets et produits dérivés en graphite moulé et réfractaire, tels que les creusets, les bouteilles à col courbé, les bouchons et les buses, présentent une haute résistance au feu, un faible coefficient de dilatation thermique, une bonne stabilité lors de la fusion des métaux, même en cas d'infiltration ou d'érosion, une excellente résistance aux chocs thermiques à haute température et une conductivité thermique remarquable. De ce fait, les creusets en graphite et produits dérivés sont largement utilisés dans le procédé de fusion directe des métaux. Les creusets traditionnels en argile graphitique sont fabriqués avec une teneur en carbone supérieure à celle du graphite, dont les particules sont généralement plus grosses que les mailles d'un tamis. L'avancée majeure des technologies de production de creusets à l'étranger réside dans la plus grande flexibilité quant au type de graphite utilisé, à la granulométrie et à la qualité, notamment avec l'utilisation de creusets en carbure de silicium en remplacement des creusets traditionnels en argile graphitique. Cette évolution est due à l'introduction de la technologie de la pression constante dans la sidérurgie. L'utilisation de la technologie de pression constante permet également d'appliquer le graphite à petite échelle, dans le creuset en graphite d'argile et dans le creuset en graphite de carbure de silicium, la teneur en composants à grande échelle ne tenant compte que de la teneur en carbone du graphite.
sidérurgie
Le graphite et d'autres impuretés peuvent servir d'agents de cémentation dans la sidérurgie. La cémentation utilise une large gamme de matériaux carbonés, notamment le graphite artificiel, le coke de pétrole, le coke métallurgique et le graphite naturel. Le graphite demeure l'une des principales utilisations du graphite naturel dans le monde.
Matériau conducteur
Le graphite est largement utilisé dans l'industrie électrique sous forme d'électrodes, de balais, de barres et de tubes de carbone, de redresseurs à mercure, de joints, de composants téléphoniques, de revêtements de tubes cathodiques de télévision, etc. Parmi ces applications, l'électrode en graphite est la plus répandue. Lors de la fusion de divers aciers alliés et alliages de fer, un courant électrique intense traverse l'électrode et pénètre dans la zone de fusion du four, générant un arc électrique. L'énergie électrique est ainsi convertie en énergie thermique, ce qui élève la température et permet la fusion ou la réaction. De plus, lors de l'électrolyse du magnésium, de l'aluminium et du sodium, l'anode de la cellule électrolytique est également en graphite. Ce matériau est aussi utilisé pour la paroi du four lors de la fabrication de fours à résistance à l'abrasion. Le graphite utilisé dans l'industrie électrique doit répondre à des exigences élevées en matière de granulométrie et de pureté. Par exemple, pour les piles alcalines et certains produits spéciaux à base de carbone, la granulométrie du graphite doit être contrôlée et conforme aux spécifications, la pureté doit être élevée et la teneur en impuretés nocives (principalement du fer métallique) doit être faible. Le graphite utilisé dans les tubes cathodiques des téléviseurs doit répondre aux exigences granulométriques suivantes. Dans l'industrie mécanique, le graphite est fréquemment employé comme lubrifiant. En effet, l'huile de lubrification est souvent inadaptée aux conditions de haute vitesse, de haute température et de haute pression. Or, les matériaux résistants à l'usure en graphite peuvent fonctionner sans huile, même à très haute température et à vitesse de glissement très élevée. De nombreux équipements de transport de fluides corrosifs utilisent des matériaux en graphite pour la fabrication des segments de piston, des joints et des paliers. Leur fonctionnement ne nécessite pas d'ajout d'huile de lubrification. Le graphite en poudre est également un excellent lubrifiant pour de nombreuses opérations de transformation des métaux (tréfilage, étirage de tubes).
matériau résistant à la corrosion
Le graphite possède une bonne stabilité chimique. Le graphite spécialement traité présente des caractéristiques de résistance à la corrosion, une bonne conductivité thermique et une faible perméabilité. Il est largement utilisé dans la fabrication d'échangeurs de chaleur, de cuves de réaction, de condenseurs, de tours de combustion, de tours d'absorption, de refroidisseurs, de réchauffeurs, de filtres, de pompes et d'autres équipements. Ces équipements sont utilisés dans les secteurs de la pétrochimie, de l'hydrométallurgie, de la production d'acides et de bases, des fibres synthétiques, du papier et autres industries, permettant ainsi de réaliser d'importantes économies de métaux. Grâce à son faible coefficient de dilatation et à sa capacité à se dilater et se contracter, le graphite peut servir de moule en verre pour la fonderie, le sablage, le pressage et la métallurgie à haute température. Les pièces moulées en métal noir ainsi obtenues présentent des dimensions précises, une surface lisse et un rendement élevé. Elles peuvent être utilisées sans usinage ou avec un usinage minimal, ce qui permet de réaliser d'importantes économies de métal. Dans la production de carbures et autres procédés de métallurgie des poudres, on utilise généralement du graphite comme matériau résistant à la pression pour le frittage des moules. Les creusets pour la croissance de cristaux de silicium monocristallin, les cuves d'affinage régional, les supports, les dispositifs de fixation, les éléments chauffants à induction, etc., sont fabriqués en graphite de haute pureté. De plus, le graphite peut également servir à la fabrication de plaques et de bases isolantes pour la métallurgie sous vide, ainsi que de tubes, de barres, de plaques, de grilles et d'autres composants pour fours à haute température.
Énergie atomique
Le graphite présente d'excellentes performances de décélération des neutrons et a été le premier matériau utilisé comme modérateur dans les réacteurs atomiques. Le réacteur uranium-graphite est aujourd'hui le plus répandu. Pour être utilisé comme matériau de décélération dans un réacteur à énergie atomique, il doit posséder un point de fusion élevé, une grande stabilité et une bonne résistance à la corrosion. Le graphite répond pleinement à ces exigences. La pureté du graphite utilisé dans les réacteurs atomiques est très élevée et sa teneur en impuretés ne doit pas dépasser quelques dizaines de parties par million (ppm), notamment la teneur en bore.
Matériau antisalissure et antirouille
Le graphite peut prévenir l'entartrage des chaudières. Des essais unitaires ont démontré que l'ajout d'une certaine quantité de poudre de graphite dans l'eau (environ par tonne d'eau) permet d'éviter la formation de tartre sur les parois de la chaudière. De plus, appliqué sur les cheminées métalliques, les toitures, les ponts et les canalisations, le graphite offre une protection anticorrosion et antirouille.
Autres utilisations
Avec le développement continu des sciences et des technologies, de nombreuses nouvelles applications du graphite ont été découvertes. Les produits en graphite flexible, également appelé graphite expansé, sont un nouveau produit à base de graphite apparu dans les années 1990. Les États-Unis ont mené avec succès des recherches sur les matériaux d'étanchéité en graphite flexible afin de résoudre les problèmes de fuite des vannes des centrales nucléaires. Par la suite, l'Allemagne, le Japon et la France ont également entrepris leur développement et leur production. Outre les caractéristiques du graphite naturel, ce produit possède une flexibilité et une élasticité particulières. Il constitue donc un matériau d'étanchéité idéal. Largement utilisé dans les secteurs de la pétrochimie, de l'énergie nucléaire et autres industries, sa demande sur le marché international croît d'année en année.
Les produits de haute pureté sont utilisés dans la fusion des métaux de haute pureté, l'industrie électronique, l'industrie nucléaire et la fabrication de moules ; les produits courants sont utilisés dans les cuves d'électrolyse de l'aluminium, les fours de frittage de la métallurgie des poudres, les fours de ferroalliages et autres matériaux de maçonnerie pour fours minéraux.
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